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无电压检测的PFC双环控制系统

来源: 编者:许敏 张有林 郭清风 米雪涛 发布时间:2014-01-22

摘要:分析并提出了无需输入电压检测电路及输出反馈电压检测电路,只检测输入电流的情况下,在BOOST型连续电流模式(CCM)功率因数校正(PFC)中实现电压环与电流环的双环控制策略。在TI公司的TMS320F28069DSP芯片平台上,设计了应用此无电压检测电路的双环PFC数字控制系统,并对该方案进行了实验验证。实验结果验证了此控制方案的可行性。
关键词:单周期控制;电压估算;数字控制;电流连续模式
Abstract:
Keyword:

传统的BOOSTPFC控制电路,如图1所示,一般采用乘法器原理。输入信号包括前馈输入电压检测、电流检测及反馈输出电压检测。此种PFC控制系统实现较复杂。在主电路上增加各信号检测电路,增加了成本及电路面积。本文针对此问题分析并提出了无需输入电压检测电路及输出反馈电压检测电路,只检测输入电流的情况下,在BOOST型连续电流模式(CCM)功率因数校正(PFC)中实现电压环与电流环的双环控制策略及其数字化,并在DSP平台上进行了实验验证。

无需输入电压检测的PFC技术在三相PFC系统的研究 [1] [2] ,一般是通过电流估算出输入电压。在单相PFC上主要有非线性载波控制技术[3], 单周期控制技术作为一种大信号、非线性PWM控制技术[4][5][6],具有较快的动态响应速度和输入扰动抑制特

  图普通乘法器原理PFC

性,其基本控制思想是通过控制开关器件的占空比,使每个开关周期中开关变量的平均值严格等于或正比于控制参考量。单周期PFC电路无需传统PFC电路中的乘法器和输入电压采样,大大简化了PFC电路的设计。因此本方案在无输入电压检测的电流环设计上采用数字实现的单周期功率因数校正技术。

在电压环的控制上采用无需反馈输出电压检测的数字控制技术。此技术从检测的输出电流中提取估算出输出直流电压信号。在数字化实现中,控制简单,输出电压的估算精度由电流的检测精度确定。可以很好的满足大部分的应用场合。

2.无输入电压检测电路的电流环

2.1单周期PFC技术原理

1单周期实现的PFC变换器控制原理框图(此图中,输出电压反馈还是采用电阻分压的采用电路)。

 

 2无输入电压检测的单周期PFC控制

单周期PFC变换器的控制就是使2中的变换器输入电流跟随整流后变换器的输入电压波形,同时又要保持输出电压稳定到给定值

假定控制系统已经满足PFC变换器输入电流与输入电压成比例且相位一致,整个变换器可以等效为一个电阻于是可以得到

        1

PFC变换器的等效电阻,为电感电流瞬时值,为整流器输出直流电压瞬时值

对于BoostPFC变换器来说,在一个开关周期内,其输入电压、输出电压和开关管占空比的关系为:

     2

所以可以得到

     3

定义PFC变换器中等效电流检测电阻,则有:

     4

,代入公式4可得:

 5

式中为开关周期。

可以构造以下控制方程组:

6

公式6即为单周期PFC的控制方程组,通过控制系统实现,并对进行比较就可以获得开关器件的开关占空比,从而就可以实现单周期功率因数校正。

......



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